UV-BODYGUARD

Abstract

 System, umfassend: eine Vorrichtung 10, umfassend eine UV-Erfassungseinheit, welche dafür eingerichtet ist, eine auf die UV-Erfassungseinheit eingestrahlte UV-Strahlung zu erfassen, wobei das System ferner umfasst: eine Datenverarbeitungseinheit 20, die dafür eingerichtet ist, wenigstens einen Messwert der erfassten UV-Strahlung zu empfangen, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server zu empfangen, wobei die Datenverarbeitungseinheit 20 ferner dafür eingerichtet ist, auf Basis wenigstens eines Messwertes einer spätestens zum aktuellen Zeitpunkt erfassten UV-Strahlung, und der dem wenigstens einen Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten zukünftige UV-Forecast-Daten für den Standort anzupassen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein System umfassend eine UV-Erfassungseinheit und ein Verfahren zum Anpassen von UV-Forecast-Daten.

[0002] Ohne die Sonne wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich. Die Sonne sendet neben dem sichtbaren Licht und Infrarot-Strahlung, die wir als Wärme wahrnehmen, auch ultraviolette (UV) Strahlung aus. Als UV-Strahlung wird elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 400 nm bezeichnet. UV-Strahlung ist unsichtbar und nach Wellenlängen weiter in die Unterbereiche UVA (315-400 nm), UVB (280-315 nm) und UVC (100-280 nm) eingeteilt. Während UVC-Strahlung wegen der Absorption in der Ozonschicht und durch den molekularen Sauerstoff in der gesamten Erdatmosphäre die Erdoberfläche normalerweise nicht erreichen kann, dringt UVA- und wenig UVB-Strahlung aber bis zur Erdoberfläche vor und kann biologische Wirkungen an der menschlichen Gesundheit hervorrufen.

[0003] UV-B-Strahlung regt die Bildung von lebenswichtigem Vitamin D3 an, das eine wesentliche Rolle beim Aufbau und Erhalt der Knochen im menschlichen Körper spielt. Ein Vitamin-D-Mangel wird meist dadurch verursacht, dass die Haut zu selten der Sonne ausgesetzt ist. Aber auf der anderen Seite kann UV-Strahlung auch erhebliche negative Auswirkungen auf den menschlichen Körper und vor allem auf die Haut haben, wobei ein Überschreiten der UV-Strahlung eines gewissen Grenzwerts akute Hautschäden verursachen und sogar Hautkrebs erregen kann.

[0004] Vor diesem Hintergrund sind im Stand der Technik Produkte bekannt, die dafür eingerichtet sind, UV-Strahlung zu messen und auf Basis der gemessenen Daten eine Analyse durchzuführen, eine Warnung beim Überschreiten von Grenzwerten zu geben bzw. eine Prognose über eine zukünftige erlaubte Sonnenverweildauer zu erstellen.

[0005] Problematisch bei der Messung von UV-Strahlung ist, dass bekannte UV-Messgeräte lediglich in der Lage sind, eine spektrale Summe der einfallenden Strahlung zu erfassen (Integral über alle Wellenlängen des Empfindlichkeitsbereichs des Sensors). Unterschiedliche Teile des Spektrums stellen jedoch in unterschiedlichem Maße eine Belastung für die menschliche Haut dar, so dass gleiche Sensorergebnisse unterschiedlichen Belastungswerten für die Haut entsprechen können. UVA-Strahlung (UV-Strahlung mit einer Wellenlänge > 315 nm) dringt tief in die Haut ein und schädigt diese langfristig. UVB-Strahlung (UV-Strahlung mit einer Wellenlänge < 315 nm) verursacht kurzfristige Effekte wie etwa Sonnenbrand.

[0006] Um diese unterschiedlichen Belastungen der Haut zu berücksichtigen, hat sich als physikalische Einheit für die Quantifizierung der UV-Strahlung der international anerkannte UV Index etabliert. Der UV-Index ist definiert durch das Integral des Produkts von Erythemfunktion s_er (λ) und spektraler Irradianz E(λ) im Wellenlängenbereich von etwa λ=250 bis etwa A=400nm. Durch einen Vorfaktor k=40 m²/W wird der UV-Index zu einer dimensionslosen Größe:

Die Erythemfunktion bildet dabei ein Maß für die Belastung der menschlichen Haut ab (Erythem: dermatologischer Ausdruck für Hautrötung oder Hautentzündung). Die Erythemfunktion kann auch als spektrale Empfindlichkeit der Haut verstanden werden und kann sich beispielsweise an der IEC 60335-2-27 der DIN 5050, Teil 1, oder der DIN EN 60 335-2-27 orientieren.

[0007] Für eine Prognose werden Forecast-Daten von zum Beispiel einem Wetterdienst verwendet. Allerdings kann eine solche Prognose verbesserungsbedürftig sein, weil die Forecast-Daten im Vergleich stark von der tatsächlich zum Vorhersagezeitpunkt gemessenen UV-Strahlung abweichen können. Dies liegt einerseits daran, dass viele Forecast-Daten über UV-Strahlung allein für einen klaren Himmel (clear sky) erstellt werden, wobei der Einfluss von Wolken nicht mitberücksichtigt wird. Andererseits, auch wenn die UV-Forecast-Daten mit der vom Wettermodell prognostizierten Bewölkung erstellt werden, können viele andere Faktoren wie z.B. die konkrete Bewölkungssituation, der Bodentyp bzw. die Geländehöhe eines Ortes, an dem der Benutzer sich befindet, die UV-Strahlung beeinflussen. Die Gitteraufösung der Wettermodelle von typischerweise 10km oder mehr Kilometern Maschenweite lässt eine ortsaufgelöste UV-Vorhersage nicht zu, da beispielsweise durchbrochene Bewölkung in eine mittlere Bewölkungsdichte über eine komplette Gitterzelle verschmiert wird und somit nicht adäquat dargestellt werden kann. Mit der Geländehöhe nimmt die UV-Strahlung um ca. 10 Prozent pro 1000 Höhenmeter zu. Zudem reflektiert der Boden teilweise die UV-Strahlung, wobei die Albedo, ein Maß für das Rückstrahlvermögen, je nach Bodentyp stark variiert. Zum Beispiel haben bestimmte Bodentypen, wie Schnee oder Sand eine höhere Albedo, sodass UV-Strahlung auf diese Weise verstärkt werden kann.

[0008] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gemäß den nachfolgenden Aspekten ein verbessertes System sowie ein verbessertes Verfahren anzubieten, welche eine oder mehrere der vorstehenden genannten Nachteile des Stands der Technik adressieren.

[0009] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein System zur Ermittlung einer UV-Belastung, umfassend: eine tragbare Vorrichtung, umfassend eine UV-Erfassungseinheit, welche dafür eingerichtet ist, eine auf die UV-Erfassungseinheit eingestrahlte UV-Strahlung zu erfassen, eine Datenverarbeitungseinheit, die dafür eingerichtet ist, wenigstens einen Messwert der erfassten UV-Strahlung von der Vorrichtung zu empfangen, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, einen auf eine Ozonsituation bezogenen Ozonwert für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server zu empfangen, wobei die Datenverarbeitungseinheit dafür eingerichtet ist, auf Basis der erfassten UV-Strahlung und des Ozonwerts einen UV-Belastungswert zu ermitteln und zur Information eines Nutzers aufzubereiten. Durch die Erfassung des Ozonwerts (beispielsweise einer Ozonmenge oder Ozonschichtdicke, gemessen in der Einheit "Dobson") kann aus der gemessenen UV-Strahlung auf eine spektrale Verteilung der UV-Strahlung geschlossen werden, welche wiederum eine Bestimmung eines an den oben erwähnten UV-Index angelehnten UV-Belastungswerts erlaubt. Der UV-Belastungswert hat somit wesentlich höhere Aussagekraft für die Belastung der menschlichen Haut am Standort als der reine UV-Strahlungsmesswert.

[0010] Vorzugsweise ist die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet, einen Sonnen-Elevationswert zu ermitteln und bei der Ermittlung des UV-Belastungswerts mit zu berücksichtigen. Insbesondere kann in der Datenverarbeitungseinheit eine Transferfunktion hinterlegt sein, durch welche der UV-Belastungswert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelbar ist aus der UV-Strahlung zu dem vorbestimmten Zeitpunkt, dem Ozonwert zu dem vorbestimmten Zeitpunkt oder/und dem Sonnen-Elevationswert zu dem vorbestimmten Zeitpunkt.

[0011] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ermittlung einer UV-Belastung bereitgestellt, vorzugsweise unter Verwendung eines Systems des ersten Aspekts der Erfindung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

• Erfassen einer eingestrahlten UV-Strahlung an einem Standort,
• Empfangen eines auf eine Ozonsituation bezogenen Ozonwerts für den Standort von einem Remote-Server,
• Ermitteln der Sonnenelevation am aktuellen Ort,
• Ermitteln eines UV-Belastungswerts auf Basis der erfassten UV-Strahlung und des Ozonwerts.

[0012] Mit diesem Verfahren werden die oben in Bezug auf das System des ersten Aspekts beschriebenen Vorteile erreicht.

[0013] Die Erfindung nach dem ersten oder/und zweiten Aspekt kann ferner die Erzeugung einer Transferfunktion umfassen, durch welche der UV-Belastungswert aus der UV-Strahlung, dem Ozonwert oder/und dem Sonnen-Elevationswert ermittelbar ist. Die Transferfunktion kann unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerkes ermittelt werden, wobei das neuronale Netzwerk unter Verwendung einer Mehrzahl von Trainingsdatensätzen trainiert wurde, wobei jeder Trainingsdatensatz für eine vorbestimmte Einstrahlungssituation einen UV-Strahlungswert, einen zugeordneten Ozonwert, einen zugeordneten Sonnen-Elevationswert und einen zugeordneten UV-Belastungswert oder UV-Index aufweist. Das neuronale Netzwerk kann ein Multilayer-Perceptron (MLP) sein.

[0014] Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein System, umfassend: eine Vorrichtung, umfassend eine UV-Erfassungseinheit, welche dafür eingerichtet ist, eine auf die UV-Erfassungseinheit eingestrahlte UV-Strahlung zu erfassen, wobei das System ferner umfasst: eine Datenverarbeitungseinheit, die dafür eingerichtet ist, wenigstens einen Messwert der erfassten UV-Strahlung zu empfangen, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server zu empfangen, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, auf Basis wenigstens eines Messwertes einer spätestens zum aktuellen Zeitpunkt erfassten UV-Strahlung, und der dem wenigstens einen Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten zukünftige UV-Forecast-Daten für den Standort anzupassen.

[0015] Die UV-Erfassungseinheit umfasst vorzugsweise wenigstens einen UV Sensor, welcher wenigstens eine Fotodiode beinhaltet, die eine hohe Empfindlichkeit im UV-Spektralbereich aufweist. Der Output eines UV-Sensors ist meistens ein elektrisches Signal, welches proportional zu der Stärke der eingestrahlten UV-Strahlung ist, sodass die Bestrahlungsstärke auf Basis des elektrischen Signals festgestellt werden kann.

[0016] Die Datenverarbeitungseinheit empfängt nicht nur erfasste UV-Strahlung von der UV-Erfassungseinheit, sondern auch UV-Forecast-Daten von einem Remote-Server, wobei der Remote-Server beispielsweise Daten des Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), zu Deutsch "Copernicus-Atmosphärenüberwachungsdienst" zur Verfügung stellt. CAMS ist ein öffentlicher Dienst, der vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) im Auftrag der Europäischen Kommission zur Verfügung wird. CAMS liefert kontinuierliche Daten und Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre, darunter auch UV-Forecast-Daten. Da die Forecast-Daten aufgrund verschiedener Einflussfaktoren (Wolken, Bodentyp, Geländehöhe, etc.) von der tatsächlich gemessenen UV-Strahlung abweichen können, ist die Datenverarbeitungseinheit vorzugsweise dafür eingerichtet, auf Basis des wenigstens einen Messwertes der in der Vergangenheit (spätestens zum aktuellen Zeitpunkt) erfassten UV-Strahlung und der dem wenigstens einen Messwert zeitlich entsprechenden vergangenen UV-Forecast-Daten, wenigstens eine Korrekturfunktion abzuleiten. Dazu können entweder alle Messwerte der erfassten UV-Strahlung sowie die entsprechenden Forecast-Daten in einem bestimmten Zeitraum, oder nur ausgewählte Messwerte und Forecast-Daten, verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Ableitung der Korrekturfunktion durch einen Vergleich der Messwerte und Forecast-Daten erfolgen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Korrekturfunktion auf Basis der Messwerte und Forecast-Daten mit Künstlicher Intelligenz (AI) entwickelt werden. Die wenigstens eine abgeleitete Korrekturfunktion wird vorzugsweise dafür verwendet, zukünftige UV-Forecast-Daten von dem Remote-Server für den Standort anzupassen.

[0017] Die Datenverarbeitungseinheit kann entweder in der Vorrichtung, oder in einer anderen Vorrichtung vorgesehen sein.

[0018] Es ist anzumerken, dass die gemessene UV-Strahlung selbstverständlich stark von den UV-Forecast-Daten abweichen kann, wenn sich die UV-Erfassungseinheit nicht in der Sonne, sondern innerhalb eines Gebäudes oder im starken Schatten befindet. Für die Anpassung oder Verbesserung zukünftiger UV-Forecast-Daten sind solche Daten deswegen vorzugsweise nicht zu berücksichtigen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinheit daher ferner dafür eingerichtet, einen Messwert und die dem Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten für die Anpassung zukünftiger UV-Forecast-Daten nur zu verwenden, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des Messwertes eine an dem Standort gemessene Sonnenstrahlung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

[0019] Eine Sonnenstrahlung kann eine UV-Strahlung, ein sichtbares Licht, eine Infrarot-Strahlung oder eine Kombination davon sein. Sie kann durch verschiedene Sensoren oder Vorrichtungen gemessen werden.

[0020] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Solarzelle, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, einen Messwert und die dem Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten für die Anpassung zukünftiger UV-Forecast-Daten nur zu verwenden, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des Messwertes die erzeugte Stromstärke der Solarzelle einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

[0021] Die Solarzelle ist vorzugsweise dafür eingerichtet, eine Batterie in der Vorrichtung aufzuladen, wobei die Solarzelle die Energie einer Sonnenstrahlung in einen elektrischen Strom umwandelt. Neben der Batterieaufladungsfunktion zeigt die erzeugte Stromstärke der Solarzelle die Intensität der Sonnenstrahlung an, sodass die für die Anpassung verwendeten Messdaten und den entsprechenden UV-Forecast-Daten auf Basis der Stromstärke der Solarzelle ausgewählt werden können.

[0022] Das System gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann durch ein System des ersten Aspekts der Erfindung gebildet sein oder/und kann ein Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ausführen.

[0023] Die Vorrichtung kann entweder stationär oder tragbar sein, wobei die Vorrichtung vorzugsweise dafür eingerichtet ist, von einem Benutzer während seiner Outdoor-Aktivitäten getragen zu werden, um die auf den Benutzer eingestrahlte UV-Strahlung zu messen, die eingestrahlte UV-Dosis zu ermitteln bzw. eine Prognose in Bezug auf wenigstens die noch verbleibende Zeit in der Sonne zu erstellen, um ein Überschreiten über eine erlaubte UV-Dosis zu vermeiden.

[0024] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Lokalisierungseinheit, welche dafür eingerichtet ist, die geographische Lage der Vorrichtung zu erfassen. Auf Basis der erfassten geographischen Lage des Standorts der Vorrichtung kann die Datenerfassungseinheit entsprechende UV-Forecast-Daten für den Standort empfangen bzw. ausfiltern. Zudem kann die Korrekturfunktion für die Anpassung der zukünftigen UV-Forecast-Daten standortspezifisch abgeleitet werden, wobei verschiedene Korrekturfunktionen für verschiedene Standorten verwendet werden können.

[0025] Das System umfasst vorzugsweise ferner ein mobiles Gerät, wobei die Datenverarbeitungseinheit in dem mobilen Gerät vorgesehen ist. Das mobile Gerät kann ein Smartphone oder ein Tablet-Computer sein, wobei eine App in Bezug auf eine Messung und/oder auf eine Prognose der UV-Strahlung vorzugsweise auf dem mobilen Gerät vorgesehen ist.

[0026] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die UV-Erfassungseinheit dafür eingerichtet, mittels wenigstens einer kabellosen Kommunikationsschnittstelle die erfasste UV-Strahlung an die Datenverarbeitungseinheit weiterzuleiten, wobei die kabellose Kommunikationsschnittstelle vorzugsweise eine Bluetooth-Schnittstelle ist.

[0027] Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, umfassend: Erfassen einer UV-Strahlung mittels einer UV-Erfassungseinheit, die in einer Vorrichtung vorgesehen ist; Empfangen von UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server; Anpassen zukünftiger UV-Forecast-Daten auf Basis: wenigstens eines Messwertes einer spätestens zum aktuellen Zeitpunkt erfassten UV-Strahlung, und der dem wenigstens einen Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten.

[0028] Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, umfassend: Anpassen von UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort auf Basis wenigsten eines der Folgenden: der Bodentyp des Standorts, das Wolkenmodell des Standorts, die Geländehöhe des Standorts.

[0029] Clear-Sky UV-Forecast-Daten, die beispielsweise vom Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) angeboten werden, können dadurch direkt standortmäßig verbessert werden, wobei der Bodentyp beispielsweise durch die "Modis Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF)/Albedo parameters" der NASA, das Wolkenmodell durch ein Wettermodell wie das DWD-COSMO in Deutschland oder das Global-Forecasting-System (GFS) in den USA und die Geländehöhe beispielsweise durch ein Digitales Höhenmodell zu erhalten sind.

[0030] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines UV-Bodyguard-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2

eine spektrale Sensitivität eines UV-Sensors der Ausführungsform, eine Erythemfunktion und einen Strahlungsfluss bei hoch- und tiefstehender Sonne,

Fig. 3

eine Darstellung einer Modulation des solaren Strahlungsflusses aufgrund unterschiedlich hoher Ozonmengen in der Stratosphäre,

Fig. 4

Sensor-Messwert ("Sensor Count") und UV-Index als Funktion des Sonnenzenitwinkels (SZW) für unterschiedliche stratosphärische Ozonmengen (250, 300 und 550 Dobson Einheiten).

[0031] In Fig. 1 wird ein UV-Bodyguard-System schematisch dargestellt, wobei das System eine tragbare Vorrichtung 10 und eine Datenverarbeitungseinheit 20 umfasst, wobei die Datenverarbeitungseinheit 20 vorzugsweise ein Smartphone ist. Die Kommunikation zwischen der Vorrichtung 10 und der Datenverarbeitungseinheit 20 kann kabelgebunden oder kabellos erfolgen, wobei die Kommunikation vorzugsweise per Bluetooth erfolgt. Für eine Positionsbestimmung kann das Smartphone ein GPS-Modul umfassen. Die Positionsbestimmung kann alternativ durch andere technische Mittel (z.B. GSM-Ortung) oder durch manuelle Positionseingabe durch den User erfolgen.

[0032] Die tragbare Vorrichtung 10 umfasst wenigstens einen UV-Sensor, welcher dafür eingerichtet ist, wenigstens eine auf die Vorrichtung 10 eingestrahlte UV-Strahlung zu erfassen. Die tragbare Vorrichtung 10 umfasst vorzugsweise ferner ein Gehäuse, wobei in dem Gehäuse die UV-Erfassungseinheit, vorzugsweise auch eine Bluetooth-Schnittstelle, ein Mikroprozessor mit einem Funkmodul, eine aufladbare Batterie, eine Solarzelle sowie ein LED-Modul mit z.B. einer zweifarbigen LED zur Informationsdarstellung (z.B. Batterieladezustand) vorgesehen sind, wobei die oben genannten Komponenten vorzugsweise in eine Leiterplatte integriert sind. Zur Messung der UV-Strahlung kommuniziert der Mikroprozessor mit dem UV-Sensor vorzugsweise via 12C-Protokoll. Der Mikroprozessor kann den UV-Sensor ein- und ausschalten, sowie die Belichtungszeit pro Einzelmessung an die detektierte UV-Strahlungsintensität anpassen.

[0033] Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem UV-durchlässigen Kunststoff und einem Elastomer, die als Befestigung und Dichtung dienen. Das Gehäuse wird vorzugsweise in einem zielgruppenspezifischen Design erstellt, z.B. in Form einer Schildkröte für Kinder, wobei das Gehäuse beispielsweise eine Länge von circa 5 cm, eine Breite von circa 4,5 cm und eine Höhe von circa 1,3 - 1,5 cm aufweist. Das Gehäuse kann zweiteilig durch eine Oberseite und eine Unterseite gebildet werden, dieineinander verhakt werden (geclippt). Auf der Rückseite des Gehäuses findet sich vorzugsweise ein Micro-USB-Stecker, um die Batterie aufzuladen. Alternativ oder zusätzlich kann die Batterie auch durch die Solarzelle aufgeladen werden. Das Gehäuse hat vorzugsweise mindestens eine Öffnung, durch die z.B. ein Klettband oder Clip zur weiteren Befestigung auf einem Sonnenhut oder Rucksack durchgezogen werden kann. Alternative Befestigungen wie z.B. Festnähen oder Festbinden sind auch denkbar. Um die Richtungsabhängigkeit des UV-Sensors zu reduzieren und eine ungehinderte Belichtung des Sensors her- bzw. sicherzustellen, ist das Gehäuse auf der Oberseite vorzugsweise mit einer großen Öffnung in Form eines Fensters oder einer Linse versehen. Die tragbare Vorrichtung 10 kann am Rucksack oder Sonnenhut befestigt werden, wobei die Ausrichtung der Vorrichtung zur Sonne bei der Befestigung beachtet werden sollte.

[0034] Die tragbare Vorrichtung 10 wird vorzugsweise per Bluetooth mit dem Smartphone 20 gekoppelt und sendet die gemessenen UV-Werte in einem vom Hersteller oder Benutzer definierten Rhythmus in Echtzeit an das Smartphone 20.

[0035] Sollte die Verbindung zum Beispiel durch zu große Entfernung zwischen der Vorrichtung 10 und dem Smartphone 20 abreißen, wird diese Verbindung, sobald die Vorrichtung 10 und das Smartphone 20 sich z.B. wieder in einer Reichweite <10m befinden, automatisch wiederhergestellt und die noch fehlenden Daten werden übertragen. Je nach Speicherkapazität kann eine gewisse Menge von Daten in der Vorrichtung 10 auf dem UV-Sensor bzw. dem zugehörigen Mikroprozessor gespeichert werden, vorzugsweise bis zu einer Messungszeit von 2,5 Stunden.

[0036] Auf dem Smartphone 20 wird vorzugsweise eine Anwendungssoftware, eine sogenannte App, installiert, wobei die App vorzugsweise dafür eingerichtet ist, empfangene UV-Messwerte auszuwerten und die Auswertungsergebnisse sowie weitere Informationen für den Nutzer zu visualisieren. Die Auswertungsergebnisse umfassen beispielsweise die aktuelle UV-Stärke, die bisherige UV-Dosis, den aktuellen Sonnenstand sowie eine weitere Entwicklung des Sonnenstands sowie die noch verbleibende Zeit in der Sonne um ein Überschreiten über eine erlaubte UV-Dosis zu vermeiden. Bei einer Überschreitung definierter Grenzwerte kann die App den Nutzer warnen.

[0037] Es ist anzumerken, dass die Grenzwerte benutzerspezifisch sein und von vielen Faktoren beeinflusst werden können, wie z.B. dem Hauttyp des Benutzers, dem verwendeten Lichtschutzfaktor der Sonnencreme, usw. Deswegen ist die App vorzugsweise dafür eingerichtet, benutzerspezifische Daten zu empfangen (z.B. durch ein Eingabe-Fenster), wobei die Prognose bzw. die Grenzwerte ferner auf Basis der benutzerspezifischen Daten erstellt werden können.

[0038] Um eine Prognose über die verbleibende Zeit in der Sonne zu erstellen, ist das Smartphone vorzugsweise dafür eingerichtet, UV-Forecast-Daten von dem Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) 30 zu empfangen. Allerdings können die empfangenen UV-Forecast-Daten aufgrund vieler Faktoren wie Wolken, des Bodentyps sowie der Geländehöhe stark von der tatsächlich gemessenen UV-Strahlung abweichen. Um die Prognose zu verbessern, ist das Smartphone vorzugsweise dafür eingerichtet, eine Korrekturfunktion auf Basis der in der Vergangenheit spätestens bis zum aktuellen Zeitpunkt empfangene UV-Strahlung und den zeitlich entsprechenden vergangenen UV-Forecast-Daten abzuleiten, sodass zukünftige UV-Forecast-Daten mit der Korrekturfunktion angepasst werden können.

[0039] Ein Messwert einer UV-Strahlung und die der UV-Strahlung zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten werden vorzugsweise nur dann für die Ableitung der Korrekturfunktion verwendet, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des Messwertes die erzeugte Stromstärke der Solarzelle einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Somit kann vermieden werden, dass Messdaten und entsprechende Forecast-Daten verwendet werden, wenn sich zum Zeitpunkt der Messung der Benutzer mit der tragbaren Vorrichtung innerhalb eines Gebäudes oder im starken Schatten befindet, wobei solche Messdaten selbstverständlich stark von den Forecast-Daten abweichen und somit zu einer fehlerhaften Korrekturfunktion führen können.

[0040] Alternativ oder zusätzlich kann das Smartphone auch dafür eingerichtet sein, weitere Informationen über z.B. Wolkenmodell, Bodentypen und Geländehöhen zu empfangen, und die empfangenden UV-Forecast-Daten ausschließlich oder zusätzlich auf Basis solcher Informationen anpassen.

[0041] In dem Smartphone 20 kann eine Transferfunktion hinterlegt sein, durch welche ein UV-Belastungswert, insbesondere eine UV-Index oder ein den UV-Index angebender Wert, aus einem Ozonwert und einem Sonnen-Elevationswert ermittelbar ist. Den Ozonwert kann das Smartphone vom Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) 30 empfangen. Den Sonnen-Elevationswert kann das Smartphone z.B. auf Basis der aktuellen Position, des Datums und der Uhrzeit berechnen oder ebenfalls von einem Remoteserver, aus dem Internet oder vom Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) 30 empfangen.

[0042] Ein Beispiel für einen UV-Sensor und eine Transferfunktion wird nachfolgend beschrieben.

[0043] Der UV-Sensor der tragbaren Vorrichtung 10 kann beispielsweise eine maximale spektrale Empfindlichkeit bezüglich einfallender elektromagnetischer Wellen bei 315 nm bei einer Halbwertsbreite von 60 nm aufweisen. Diese Halbwertsbreite kann asymmetrisch verteilt sein und einen von Bereich von -20 nm bis +40 nm um die Peak-Empfindlichkeit abdecken. Somit kann der verwendete UV-Sensor unterschiedlich teilweise auf das UVB-Spektrum (280-315nm) und teilweise auf das UVA-Spektrum (315-400nm) reagieren.

[0044] Figur 2 zeigt den spektralen Verlauf der relevanten Größen, nämlich der Sensorempfindlichkeit, der Erythemfunktion sowie der solaren Strahlungsflüsse bei zwei unterschiedlichen Sonnenständen. Bei der Sensorempfindlichkeit ist die optische Wirkung des Gehäuses der Vorrichtung 10, insbesondere der Schutzabdeckung des UV-Sensors mitberücksichtigt.
Der für eine Erythemreaktion relevante Teil des elektromagnetischen Spektrums deckt den Wellenlängenbereich kleiner als 315 nm ab. Die Erythemfunktion ist eine Exponentialfunktion, die sich über eine Vielzahl von Größenordnungen erstreckt.

[0045] Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des UV-Sensors ist deutlich breiter als die erytheme Antwortfunktion. Insbesondere wird die SensorEmpfindlichkeit stark durch UV-A beeinflusst. Während UV-B für Sonnenbrand und Vitamin-D-Bildung in der Haut verantwortlich ist, verursacht UV-A vor allem langfristige Effekte, wie die Hautalterung.

[0046] Aufgrund dieser breiten Empfindlichkeitsverteilung des UV-Sensors werden Unterschiede der Dicke der Ozonschicht - die durch die Erythemfunktion hoch gewichtet werden - nicht aufgelöst oder nur schwach. Figur 3 veranschaulicht diesen Zusammenhang für hohe Ozonwerte (z.B. 550 Dobson Einheiten) und niedrige Ozonwerte (z.B. 250 Dobson Einheiten) in der Stratosphäre, bei gleichem Sonnenstand an der aktuellen Position des Smartphones 20.

[0047] Quantitativ stellt sich dies so dar, wie in Figur 4 gezeigt. Hierin sind die simulierten Sensor-Counts (die durch den UV-Sensor der Vorrichtung 10 gemessene UV-Strahlung) für Sonnenelevation von 90° (Sonne steht im Zenit) bis 0° (Sonne befindet sich am Horizont) für die stratosphärischen Ozonwerte (Ozonschichtdicken) von 200, 300 und 550 Dobson Einheiten gezeigt. Unabhängig Ozonwert weisen die Sensor-Counts kaum voneinander unterscheidbare Werte auf. Der UV-Index ändert sich hingegen stark und ist zum Beispiel im Fall der im Zenit stehenden Sonne (SZA=0°) etwa 7 (550 DE), 13 (300 DE) oder 21 (200 DE).

[0048] Zur Ableitung des korrekten erythem wirksamen UV-Index ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung somit eine Transferfunktion vorgesehen, die die aktuelle Ozonsituation (Ozonwert) und die aktuelle Sonnenelevation einbezieht. Die Transferfunktion kann dabei durch Training eines Multilayer-Perceptrons (MLP) erzeugt werden. Ausgangsdaten können simulierte spektrale Intensitäten für den UV-Sensor und für die Erythem-Antwortfunktion sein. Die so ermittelte Transferfunktion kann tabelliert und in die auf dem Smartphone 20 befindliche App integriert sein. Dies ermöglicht eine effiziente, insbesondere stromsparende, Übersetzung der gemessenen UV-Sensordaten des der Vorrichtung 10 in den tatsächlichen hautrelevanten UV-Belastungswert, insbesondere den UV-Index.

Ansprüche

1. System zur Ermittlung einer UV-Belastung, umfassend:

- eine tragbare Vorrichtung (10), umfassend eine UV-Erfassungseinheit, welche dafür eingerichtet ist, eine auf die UV-Erfassungseinheit eingestrahlte UV-Strahlung zu erfassen,

- eine Datenverarbeitungseinheit (20), die dafür eingerichtet ist, wenigstens einen Messwert der erfassten UV-Strahlung von der Vorrichtung zu empfangen,

wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, einen auf die stratosphärische Ozonsituation bezogenen Ozonwert für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server zu empfangen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) dafür eingerichtet ist, auf Basis der erfassten UV-Strahlung und des Ozonwerts einen UV-Belastungswert zu ermitteln und zur Information eines Nutzers aufzubereiten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) dafür eingerichtet ist, einen Sonnen-Elevationswert zu erfassen und bei der Ermittlung des UV-Belastungswerts zu berücksichtigen.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenverarbeitungseinheit (20) eine Transferfunktion hinterlegt ist, durch welche der UV-Belastungswert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelbar ist aus der UV-Strahlung zu dem vorbestimmten Zeitpunkt, dem Ozonwert zu dem vorbestimmten Zeitpunkt oder/und dem Sonnen-Elevationswert zu dem vorbestimmten Zeitpunkt.

4. System, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:

eine Vorrichtung (10), umfassend eine UV-Erfassungseinheit, welche dafür eingerichtet ist, eine auf die UV-Erfassungseinheit eingestrahlte UV-Strahlung zu erfassen,

wobei das System ferner umfasst:

eine Datenverarbeitungseinheit (20), die dafür eingerichtet ist, wenigstens einen Messwert der erfassten UV-Strahlung zu empfangen,

wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server zu empfangen,

wobei die Datenverarbeitungseinheit (20) ferner dafür eingerichtet ist, auf Basis

- wenigstens eines Messwertes einer spätestens zum aktuellen Zeitpunkt erfassten UV-Strahlung, und

- der dem wenigstens einen Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten

zukünftige UV-Forecast-Daten für den Standort anzupassen.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) ferner dafür eingerichtet ist, einen Messwert und die dem Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten für die Anpassung zukünftiger UV-Forecast-Daten nur zu verwenden, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des Messwertes eine an dem Standort gemessene Sonnenstrahlung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ferner eine Solarzelle umfasst, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, einen Messwert und die dem Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten für die Anpassung zukünftiger UV-Forecast-Daten nur zu verwenden, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des Messwertes die erzeugte Stromstärke der Solarzelle einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ferner eine Lokalisierungseinheit umfasst, welche dafür eingerichtet ist, die geographische Lage der Vorrichtung (10) zu erfassen.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner ein mobiles Gerät umfasst, wobei die Datenverarbeitungseinheit (20) in dem mobilen Gerät vorgesehen ist.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) dafür eingerichtet ist, mit wenigstens einer kabellosen Kommunikationsschnittstelle die erfasste UV-Strahlung an die Datenverarbeitungseinheit (20) weiterzuleiten.

10. Verfahren, umfassend:

Erfassen einer UV-Strahlung mittels einer UV-Erfassungseinheit, die in einer Vorrichtung (10) vorgesehen ist;

Empfangen von UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort, an dem sich die UV-Erfassungseinheit befindet, aus einem Remote-Server;

Anpassen zukünftiger UV-Forecast-Daten auf Basis:

- wenigstens eines Messwertes einer spätestens zum aktuellen Zeitpunkt erfassten UV-Strahlung, und

- der dem wenigstens einen Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Messwert und die dem Messwert zeitlich entsprechenden UV-Forecast-Daten für die Anpassung zukünftiger UV-Forecast-Daten nur verwendet, wenn zum Zeitpunkt der Erfassung des Messwertes eine an dem Standort gemessene Sonnenstrahlung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Solarzelle umfasst, wobei das Verfahren einen Messwert und die dem Messwert entsprechenden UV-Forecast-Daten für die Anpassung zukünftiger UV-Forecast-Daten nur verwendet, wenn zum Zeitpunkt der Messung des Messwertes die erzeugte Stromstärke der Solarzelle einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend:
Erstellen einer Prognose über die noch verbleibende Zeit in der Sonne auf Basis der angepassten zukünftigen UV-Forecast-Daten, um ein Überschreiten über eine erlaubte UV-Dosis zu vermeiden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner umfassend:
Erfassen der geographischen Lage der Vorrichtung (10), wobei zukünftige UV-Forecast-Daten ferner auf Basis der geographischen Lage der Vorrichtung (10) angepasst werden.

15. Verfahren, umfassend:
Anpassen von UV-Forecast-Daten über UV-Strahlung für einen Standort auf Basis wenigstens eines der Folgenden:

- der Bodentyp des Standorts,

- das Wolkenmodell des Standorts,

- die Geländehöhe des Standorts.

Zeichnung